带时间约束和重入过程的单臂组合设备调度分析

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集成电路已经在各行各业中发挥着非常重要的作用,是现代信息社会不可或缺的。在集成电路的生产过程中,晶圆的加工是其关键,处于整个过程中的上游。为了有更好的控制质量和缩短生产周期,组合设备广泛应用在晶圆加工过程中。组合设备是一种自动化的集成设备,它由若干个加工模块,一个机械手(单臂或双臂)和两个放置晶圆的缓冲区组成。由于该设备非常昂贵并在生产过程中具有举足轻重的作用,它的调度对晶圆的加工过程影响巨大。本文研究的问题是具有晶圆重入和晶圆逗留时间约束的单臂组合设备调度分析。  在晶圆制造过程中,一些晶圆制造过程,如低压化学气相沉积具有逗留时间约束,它要求加工完成后的晶圆,需要在有限的时间内卸载。否则,它将由于在加工模块中残留气体的热量而被损害。由于每个加工模块之间没有中间的缓冲区,使得具有晶圆逗留时间约束的问题处理非常复杂。此外,一些晶圆制造过程,如原子层沉积,晶圆需要对同一个加工步骤重复一次或多次。这样的过程称为具有重入的过程。此时组合设备不再是流水线,而且系统在重入过程容易发生死锁。因此,那些没有考虑重入过程得到的调度方法不能应用于具有重入的加工过程。因此,相应的控制策略要改变,增加了其调度和控制的复杂性。对于单臂组合设备,同时考虑晶圆逗留时间约束和重入过程的调度是非常具有挑战性的研究问题。  针对这一问题,本文采取伪拉式调度的策略。首先建立一个Petri网模型描述晶圆重入的过程,并同时采取控制策略解决死锁问题。接下来对系统的生产节拍进行分析,这个节拍包括机械手的节拍和各个加工步骤的节拍。基于节拍分析,提出了系统可行调度与不可行调度的充分必要条件(可行调度有3种情况),提出有效的调度算法,并对此给予了证明。接下来对提出的调度算法进行了最优性证明,证明了它的系统节拍最短。最后,给出了3个例子,对上述提到3种可行调度的情况验证了本文所提到的调度算法。同时为了易于理解,针对每个例子都给出相应的甘特图,清晰说明了在系统运行的一个周期里机械手的运行操作以及各个加工步骤所处于的状态。  针对本文给出的调度方法,首先判断系统的调度是否可行,如果可行就分配机械手的等待时间,这一方法非常有效和简单。
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